DE2430880A1 - IMPROVED THERMAL DEVICE - Google Patents
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Description
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Dipi.-H-yj. "TA\/S föHLAV/ .- . .Dipi.-H-yj. "TA \ / S föHLAV / .-...
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8 5 00 N URNBERQ . 14 9758 5 00 N URNBERQ. 14 975
Herr Thomas J e r my η ,Mr. Thomas J e r my η,
Vestry Road, Sevenoaks, Kent / GrossbritannienVestry Road, Sevenoaks, Kent / Great Britain
Verbesserte WärmeleiteinrichtungImproved thermal conduction device
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Värmeleiteinrichtung, insbesondere eine allgemein als Heizrohr bekanntSj wie beispielsweise in der US-Patentschrift Nr* 2 350 348 beschrieben, die ein Wärmeübertragungsverfahren vorsieht, bei dem unter Verwendung einer verdampfungsfähigen Flüssigkeit von einem Verdampferteil auf einen Kondensatorteil des Heizrohres in einem Zyklus aus Verdampfung, Kondensierung und Rücklauf des Kondensates zum Verdampferteil des Heizrohres durch einen Kapillardocht Wärme übertragen wird.The invention relates to an improved Värmeleiteinrichtung, in particular one commonly known as a heating pipe Sj like for example described in US Pat. No. 2,350,348, which provides a heat transfer process in which using a vaporizable liquid of an evaporator part on a condenser part of the heating pipe in a cycle of evaporation, condensation and return of the condensate to the evaporator part of the heating pipe through a Capillary wick heat is transferred.
Im allgemeinen umfassen solche Wärmeübertragungseinrichtungen einen gewöhnlich rohrförmigen Aussenmantel, der mit Dochtmaterial ausgekleidet ist. Der Mantel ist abgedichtet und,In general, such heat transfer devices comprise a usually tubular outer jacket covered with wicking material is lined. The coat is sealed and,
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abgesehen von der verdampfungsfähigen Flüssigkeit, leergesaugt. Wenn diese Einrichtungen auch jede beliebige Form haben können, haben sie gewöhnlich die Form eines langgestreckten Rohres. Die Einrichtungen nach dem Stand der Technik sind für einen Betrieb in beiden Richtungen ausgelegt, das heisst, sie können je nach ihrer Umgebung eingesetzt werden, um Wärme von einem ihrer Enden zum anderen zu übertragen, je nachdem, welches Ende so liegt, dass es Wärme von einer Wärmequelle aufnehmen kann und welches Ende so liegt, dass es Wärme an ein Kühlprofil abgeben kann.apart from the evaporable liquid, sucked empty. If these bodies also have any shape they are usually in the form of an elongated tube. State-of-the-art facilities are designed for operation in both directions, i.e. they can be used depending on their environment, to transfer heat from one of its ends to the other, whichever end is so that there is heat from a heat source and which end is so that it can give off heat to a cooling profile.
Das Ziel der Erfindung ist es, eine Wärmeübertragungseinriehtung vorzusehen, deren Wärmeübertragungsttfirkung im wesentlichen einseitig gerichtet ist, so dass, betrachtet man sie als in zwei beheizte Übertragungszonen unterteilt, sie einen weit besseren Wärmeübertragungskoeffizienten von einer Zone zur anderen hat als umgekehrt.The aim of the invention is to provide a heat transfer device whose heat transfer effect is substantial is unidirectional, so that if viewed as divided into two heated transfer zones, it is one wide has better heat transfer coefficients from one zone to another than vice versa.
Nach der Erfindung wird eine Wärmeübertragungseinrichtung vorgeschlagen, die einen abgedichteten Mantel hat, der leergesaugt ist und ausser einer vorbestimmten Menge einer verdampfungsfähigen Flüssigkeit innerhalb des Mantels mit Dochtmaterial ausgekleidet ist, das sich zwischen der ersten und zweiten Wärmeübertragungszone des Mantels erstreckt, und innerhalb des Mantels anschliessend an die Auskleidung aus Dochtmaterial in der ersten Zone zusätzliches Dochtmaterial vorgesehenAccording to the invention, a heat transfer device is proposed, which has a sealed jacket which is evacuated and except for a predetermined amount of a vaporizable one Liquid within the jacket is lined with wicking material that extends between the first and second heat transfer zone of the jacket extends, and within of the jacket, additional wick material is provided in the first zone following the lining made of wick material
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ist, tiodurch dann, wenn eine Zone beheizt wird und die andere mit einem Kühlprofil in Verbindung steht, der Wärmeübertragungskoeffizient grosser ist, wenn die erste Zone beheizt wird als wenn die zweite Zone beheizt und die erste zur Wärmeübertragung auf ein Kühlprofil verwendet wird. Zweekmässigerweise kann das zusätzliche Dochtmaterial- innerhalb des Mantels als Auskleidung für die Dochtmaterialauskleidung in der ersten Zone vorgesehen werden«by when one zone is heated and the other communicates with a cooling profile, the heat transfer coefficient is greater when the first zone is heated is as if the second zone is heated and the first is used to transfer heat to a cooling profile. Purposefully The additional wicking material inside the jacket can act as a lining for the wicking material lining to be provided in the first zone «
Die bevorzugte Form der Wärmeübertragungseinrichtung ist ein Heizrohr, bei dem der Mantel die Form eines langgestreckten Rohres hat.The preferred form of the heat transfer device is a heating tube in which the jacket is in the form of an elongated one Rohres has.
Das Volumen der verdampfungsfähigen Arbeitsflüssigkeit ist vorzugsweise so gross wie der Innenraum des Auskleidungsmaterials. Für optimale Ergebnisse sollte der Innenraum des zusätzlichen Dochtmaterials mindestens so gross sein wie der Innenraum der Dochtmaterialauskleidung, die nicht innerhalb der ersten Zone liegt. Wird bei einer derartigen Anordnung die erste Zone beheizt, verdampft die Flüssigkeit einfach und wandert im Rohr zur zweiten Zone, kondensiert dort und fliesst am Dochtauskleidungsmaterial in flüssiger Form zurück, um erneut zu verdampfen. Dabei erfolgt die Wärmeübertragung dadurch, dass die Flüssigkeit latente Verdampfungs-• wärme in der ersten Zone aufnimmt und latente Kondensationsiv'ärme in der zweiten Zone abgibt. Werden die Zonen in umgekehrter Reihenfolge benutzt und die zweite Zone wird beheizt,The volume of the vaporizable working fluid is preferably as large as the interior of the lining material. For best results, the interior of the additional wick material must be at least as large as the interior of the wick material lining, which is not within the first zone. If the first zone is heated in such an arrangement, the liquid simply evaporates and migrates in the pipe to the second zone, condenses there and flows back on the wick lining material in liquid form, to evaporate again. The heat transfer occurs because the liquid has latent evaporation absorbs heat in the first zone and latent condensation heat in the second zone. If the zones are used in reverse order and the second zone is heated,
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verdampft die Flüssigkeit und wandert im Heizrohr zur ersten Zone, wo sie wie vorher kondensiert. Die Kapazität des zusätzlichen Dochtmaterials kann jedoch die gesamte Flüssigkeit vom Dochtmaterial in der ersten Zone absorbieren, so dass die Flüssigkeit wenig Neigung hat, entlang des Dochtausklei dungsraaterials zum Zwecke des erneuten Verdampfens zur zweiten Zone zurückzufliessen.the liquid evaporates and moves in the heating tube to the first zone, where it condenses as before. The capacity of the additional However, wick material can absorb all of the liquid from the wick material in the first zone, so that the liquid has little tendency to move along the wick lining material for the purpose of re-evaporation to flow back to the second zone.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.Further features, details and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred one Embodiment based on the drawing.
Die Figur stellt eine schematische Querschnittsansicht einer er fin dungs gemäs sen liarmeübertragungseinrichtung in Form eines rohrförmigen Heizrohes dar.The figure shows a schematic cross-sectional view of an inventive air arm transfer device in form of a tubular heating pipe.
In der Zeichnung ist ein im wesentlichen einseitig wirkendes Heizrohr dargestellt, das einen Aussenmantel 1 aus Kupfer, rostfreiem Stahl oder einem anderen, wärmeleitenden Material umfasst, der durch Endverschlußmittel 2 und 3 abgedichtet ist. Der Mantel ist innen mit Dochtmaterial 4, das sich von einem Ende zwischen einer ersten Zone 6 und einer zweiten Zone 7 des Rohres bis zum anderen Ende erstreckt, ausgekleidet. Innerhalb der ersten Zone 6 ist eine Lage eines zusätzlichen Dochtmaterials 5 vorgesehen, das das Auskleidungsraaterial 4 umkleidet und mit ihm in Berührung steht. Beim FertigungsvorgangIn the drawing, a heating pipe that acts essentially on one side is shown, which has an outer jacket 1 made of copper, stainless steel or other thermally conductive material which is sealed by end closure means 2 and 3. The jacket is internally lined with wicking material 4 which extends from one end between a first zone 6 and a second zone 7 of the pipe extends to the other end, lined. Within the first zone 6 is a layer of additional wicking material 5 is provided that covers the lining material 4 and is in contact with him. During the manufacturing process
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wird der Innenraum des Heizrohres leergesaugt und dann mit einer vorbestimmten Menge einer verdampfungsfähigen Flüssigkeit gefüllt.the interior of the heating pipe is sucked empty and then with a predetermined amount of a vaporizable liquid filled.
Das Dochtmaterial kann zweckmässigerweise aus Maschendraht oder einem anderen leitfähigen Material hergestellt werden, das miteinander verbundene Poren oder Zwischenräume aufweist, deren Innenvolumen in der Lage ist, rücklaufendes, flüssiges Kondensat aufzunehmen und zu leiten.The wick material can expediently consist of wire mesh or another conductive material that has interconnected pores or spaces, the internal volume of which is able to absorb and direct returning liquid condensate.
Bei der Herstellung des Heizrohres wird zuerst im äusseren Rohrmantel eine Auskleidung aus Dochtmaterial 4 vorgesehen und an den Innenwänden des Mantels 1 durch herkömmliche Mittel befestigt. Ein Ende des Rohrmantels wird dann mit einem zusätzlichen Docht 5 versehen, der einfach zusätzliche Lagen des Dochtmaterials umfasst und in Kapillarverbindung mit der Lage 4 des Auskleidungsdochtmaterials steht. Dann wird der ganze Aufbau gründlich gereinigt, bevor der Behälter auf eine hohe Vakuumgüte leergesaugt und ein vorbestimmtes., gemessenes Volumen der Arbeitsflüssigkeit vor dem Abdichten der Einrichtung eingebracht wird. Um einen wirksamen, einseitig gerichteten 1/ärmedurclisatz zu erreichen, so dass das Heizrohr als ¥ärmedurchsatζdiode angesehen werden kann, sollte das Innenvolumen des zusätzlichen Dochtmaterials 5 mindestens so gross sein, vorzugsweise aber grosser, als das innere Volumen des Teiles des Auskleidungsmaterials 4, der nicht innerhalbWhen making the heating pipe, the exterior is first Tubular shell is provided with a liner of wicking material 4 and attached to the inner walls of shell 1 by conventional means attached. One end of the pipe jacket is then fitted with an additional Wick 5 provided, which simply comprises additional layers of the wick material and in capillary communication with the Layer 4 of the lining wick material stands. Then the whole structure cleaned thoroughly before the container is sucked empty to a high vacuum quality and a predetermined., measured Volume of the working fluid is introduced before sealing the device. To be effective, one-sided directed 1 / ärmedurclisatz so that the heating pipe can be regarded as an ¥ armedurchsatζdiode, should that Internal volume of the additional wick material 5 at least so be large, but preferably larger than the inner volume of the part of the lining material 4 that is not within
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der ersten Zone 6 liegt. Das Volumen der verdampfungsfähigen Arbeitsflüssigkeit sollte vorzugsweise gleich dem Innenvoluraen des Auskleidungsraaterials 4 sein.the first zone 6 is. The volume of the vaporizable working fluid should preferably be equal to the internal volume of the lining material 4.
Wenn vom Innenvolumen des Dochtmaterials gesprochen wird, so ist der Raum, Poren- oder Zwischenraum, innerhalb der Dochtmaterialstruktur gemeint, der in der Lage ist, flüssiges Kondensat aufzunehmen. Bei der normalen oder voriiärts gerichteten Wärmeübertragungsmethode wird eine Wärmequelle an die erste Zone 6 gelegt und ein Kühlprofil an die zweite Wärmeübertragungszone 7. Herkömmliche Heizrohrverdampfung geschieht dann, indem der Dampf in den Abschnitt der zweiten Wärmeübertragungszone 7 zieht, wo er kondensiert und das Kondensat entlang des Dochtmaterials 4 zur ersten Zone 6 zwecks erneuter Verdampfung zurückfliesst. Unter diesen Betriebsverhältnissen spielt das zusätzliche Dochtmaterial 5 keine aktive Rolle; die vom Bochtauslcleidungsmaterial 4 in der ersten Zone 6 verdampfte Flüssigkeit zieht einfach durch das zusätzliche Dochtmaterial 5 auf seinem Weg zum anderen Ende des Heizrohres, wo der Dampf in der Zone 7 kondensiert.When speaking of the internal volume of the wick material, it is the space, pore or intermediate space, within the structure of the wick material meant that is able to absorb liquid condensate. In the normal or forward direction Heat transfer method, a heat source is placed on the first zone 6 and a cooling profile on the second Heat transfer zone 7. Conventional heating tube evaporation then happens in that the steam pulls into the section of the second heat transfer zone 7, where it condenses and that Condensate flows back along the wick material 4 to the first zone 6 for the purpose of renewed evaporation. Under these operating conditions the additional wick material 5 does not play an active role; those from Bochtauslcleidungsmaterial 4 in Liquid evaporated from the first zone 6 simply pulls through the additional wick material 5 on its way to the other End of the heating pipe where the steam condenses in zone 7.
Bei dem umgekehrten Wärmeübertragungsverfahren, bei dem eine Wärmequelle an die Wärmeübertragungszone 7 gelegt wird und ein Kühlprofil an die 'Wärmeübertragungszone 6, verursacht das erste Aufheizen, dass die Flüssigkeit im Auskleidungsdochtmaterial 4 in der zweiten Zone 7 verdampft und zum anderenIn the reverse heat transfer method, in which one Heat source is placed on the heat transfer zone 7 and a cooling profile on the 'heat transfer zone 6, causes this first heating up the liquid in the liner wick material 4 evaporated in the second zone 7 and on the other
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Ende des Heizrohres zieht, wo sie in der Zone 6 kondensiert. Wegen des Innenvolumens des zusätzlichen Dochtmaterials 5 neigt die Flüssigkeit jedoch dazu, das zusätzliche und das Auskleidungsmaterial in der ersten Zone 6 zu sättigen, bevor sie entlang des Dochtauskleidungsmaterials zur zweiten Zone zurückfliesst. Weil nun das Dochtmaterial in der Zone 6 alle im Heizrohr vorhandene Flüssigkeit aufnehmen kann, läuft das Kondensat von der ersten Zone 6 nur sehr langsam zur zweiten Zone 7 entlang 'des Dochtauskleidungsmaterials 4, was zur Folge hat, dass das Dochtmaterial in der zweiten Zone 7 im wesentlichen trocken bleibt, weil Arbeitsflüssigkeit zum Verdampfen und zur Wärmeübertragung fehlt«, Somit hat bei dem Wärmeübertragungsverfahren in umgekehrter !Richtung das Heizrohr nach dem ersten Aufheizen einen im wesentlichen trockenen Verdampferteil, woraus sich eine Behinderung der Wirkung des Heizrohres ergibt.The end of the heating pipe pulls, where it condenses in zone 6. Because of the internal volume of the additional wick material 5 however, the liquid tends to saturate the additional and the lining material in the first zone 6 before it flows back along the wick lining material to the second zone. Because now the wick material in zone 6 is all can absorb liquid present in the heating tube, the condensate runs very slowly from the first zone 6 to the second Zone 7 along 'the wick lining material 4, with the result that the wick material in the second zone 7 in the remains essentially dry because there is no working fluid for evaporation and heat transfer « Heat transfer process in the opposite direction, the heating tube is essentially dry after the first heating Evaporator part, which hinders the effect of the Heating pipe results.
In einem besonderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Heizrohres wurde ein Diodenhelzrohr mit einem Rohrkörper aus rostfreiem Stahl gebaut, das einen Aussendurchmesser von 3/8" und eine Länge von etwa 30,5 cm hatte. Das Dochtauskleidungsmaterial 4 umfasste eine Lage aus 150er Maschengeflecht aus. rostfreiem Stahldraht, während das zusätzliche Dochtmaterial 5 fünf Lagen des gleichen 150er Maschendrahtes umfasste, die sich über etwa 12 cm der HeizrohrlängeIn a special exemplary embodiment of a heating pipe according to the invention, a protective diode pipe with a pipe body was used Constructed of stainless steel that was 3/8 "outside diameter and about 30.5 cm long. The Wick lining material 4 comprised a layer of 150 mesh. stainless steel wire while the additional Wick material 5 comprised five layers of the same 150 mesh wire extending over approximately 12 cm of the length of the heating tube
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erstreckten. Die Arbeitsflüssigkeit betrug 1,5 ml Wasser. Bei einer Temperatur der Wärmequelle von 155 C wurde in einer Richtung eine Wärmeübertragungsleistung von 110 W erzielt, während in der entgegengesetzten Richtung die Wärmeübertragung nur eine Leistung von 1,8 W erbrachte.stretched. The working fluid was 1.5 ml of water. At a temperature of the heat source of 155 C, in In one direction a heat transfer power of 110 W is achieved, while in the opposite direction the heat transfer is achieved only produced a power of 1.8 W.
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